2. Сущность концепции развития.

Самоорганизация систем. В последние десятилетия утверждается мнение: материи изначально присуща тенденция не только к разрушению упорядоченности и возврату к исходному хаосу, но и к образованию сложных и упорядоченных систем разного уровня. Разрушительную тенденцию материи наиболее полно отражают статистическая механика и термодинамика, описывающие свойства изолированных (замкнутых) систем, т. е. систем, не обменивающихся ни энергией, ни веществом с окружающей средой. При этом особая роль принадлежит второму началу термодинамики, определяющему необратимость процессов преобразо­вания энергии в замкнутой системе. Такие процессы рано или поздно приводят систему к ее самому просто­му состоянию— термодинамическому равновесию, эквивалентному хаосу — состоянию без какой-либо упорядоченности. В прошлом обсуждалась возмож­ность приложения второго начала термодинамики ко Вселенной как замкнутой системе и при этом сделан вывод о деградации Вселенной — ее тепловой смерти.

Известно, что все реальные системы, от самых малых до самых больших, являются открытыми — они обмениваются энергией и веществом с окружающей средой и не находятся в состоянии термодинамическо­го равновесия. В подобных системах возможно обра­зование нарастающей упорядоченности, т. е. самоор­ганизация материальных систем.

Самоорганизацией принято называть природные скачкообразные процессы, переводящие открытую не­равновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состоя­ние с более высоким уровнем сложности и упорядочен­ности. Критическое состояние характеризуется край­ней неустойчивостью, завершающей плавное эволюци­онное развитие открытой неравновесной системы.

Исследование самоорганизации проводится в трех направлениях: синергетика, термодинамика неравно­весных процессов и математическая теория катастроф.

Синергетика изучает связи между элементами (подсистемами) структуры, которые образуются в открытых системах (биологических, физико-химичес­ких и др.) благодаря интенсивному обмену веществом и энергией с окружающей средой в неравновесных ус­ловиях. В открытых системах возможно согласованное поведение подсистем, в результате чего возрастает степень упорядоченности — уменьшается энтропия. Основа синергетики — термодинамика неравновес­ных процессов, теория случайных процессов, теория нелинейных колебаний и волн.

Объект изучения синергетики, независимо от его природы, должен удовлетворять трем условиям: откры­тости, существенной неравновесности и скачкообраз­ному выходу из критического состояния.

Открытость означает незамкнутость системы, для которой возможен обмен энергией и веществом с ок­ружающей средой. Существенная неравновесность приводит к критическому состоянию, сопровождаю­щемуся потерей устойчивости системы. В результате скачкообразного выхода из критического состояния образуется качественно новое состояние с более вы­соким уровнем упорядоченности.

Характерный пример самоорганизующейся систе­мы — оптический квантовый генератор — лазер. При его работе выполняются три перечисленных условия: открытость системы, снабжаемой извне энергией, ее сугубая неравновесность, достижение критического уровня накачки, при котором возникает упорядочен­ное, монохроматическое излучение.

«Повсюду, куда ни посмотри, обнаруживается эво­люция, разнообразие форм и неустойчивости.

Интересно отметить, что такая картина наблюдается на всех уровнях — в области элементарных частиц, биологии, астрофизике»,— так считал один из основоположни­ков термодинамики неравновесных процессов, лауре­ат Нобелевской премии 1977 г., бельгийский физик и физикохимик И.Р. Пригожий (1917 — 2003).

Сложная неравновесная система может перейти из неустойчивого состояния в одно из нескольких ус­тойчивых. В какое именно из них совершится пере­ход — дело случая. В системе, пребывающей в крити­ческом состоянии, развиваются сильные флуктуации, и одна из них инициирует скачок в конкретное устой­чивое состояние. Процесс скачка необратим. Крити­ческая точка, в которой наиболее вероятен переход в новое состояние, называется точкой бифуркации.

Самоорганизация включает закономерное и слу­чайное в развитии любых открытых систем: плавную эволюцию, ход которой закономерен и детерминиро­ван, и случайный скачок в точке бифуркации, опреде­ляющий следующий закономерный этап развития. Важ­нейшее направление исследования самоорганизации — математическая теория катастроф. Она описывает раз­личные скачкообразные переходы, спонтанные каче­ственные изменения и т. п. В теории катастроф приме­няется довольно сложный математический аппарат — топологическая теория динамических систем.

Концепция развития. Основу концепции развития процессов в природе составляют три положения: си­стемность, динамизм и самоорганизация.

Системность означает упорядоченную, структур­ную организацию материи. Например, Вселенная — самая крупная из всех известных материальных сис­тем. На определенных этапах ее развития зарождались разномасштабные подсистемы, характеризуемые от­крытостью и неравновесностью. Внешняя среда для любой подсистемы — материальная система более крупного масштаба, с которой она обменивается энер­гией и веществом. Предполагается, что внешняя сре­да для Вселенной — физический вакуум. Любая под­система Вселенной (галактика, Солнечная система, планета, биосфера, человек и т. д.) представляет собой целостный материальный объект, прошедший соб­ственный путь развития. Она обладает определенной

индивидуальностью, автономией и в то же время явля­ется неотъемлемой составной частью целого.

Для материальной системы любого масштаба ха­рактерен динамизм, означающий ее развитие, движе­ние. Без развития, без движения невозможно суще­ствование реальной системы, вне зависимости от сте­пени ее упорядоченности и сложности.

В процессе развития способность систем к услож­нению приводит к образованию упорядоченных струк­тур — происходит самоорганизация систем. При этом действуют два взаимно противоположных механизма: объединение элементов системы и ее разделение (фракционирование), — характерные для всех уров­ней сложности и упорядоченности материи, начиная от микромира и кончая крупномасштабными структу­рами Вселенной. На разных уровнях развития систем преобладает один из четырех видов фундаментальных взаимодействий. Так, на нуклонном уровне организа­ции материи сильное взаимодействие выступает в роли ядерных сил, объединяющих нуклоны в ядра, а слабое взаимодействие — в роли сил, определяющих их радиоактивный распад. На атомном уровне функ­ции объединения и фракционирования выполняет электромагнитное взаимодействие в форме притяже­ния разноименных и отталкивания одноименных элек­трических зарядов. На молекулярном уровне электро­магнитное взаимодействие обеспечивает химическую связь. В организации структур Вселенной определяю­щую роль играет гравитационное взаимодействие.

Для управления процессом развития любая систе­ма накапливает, хранит и передавает информацию, а это означает, что неотъемлемая часть самоорганиза­ции — ее информативность. В этом вопросе пока много неясного. В последнее время удалось выяснить один из решенных природой принципов хранения и передачи информации посредством генного механиз­ма, управляющего структурой и направлением разви­тия живых систем.

В концепции развития весьма важен вопрос соот­ношения случайного и закономерного. Эволюционные этапы развития вполне детерминированы. При эволю­ционном развитии поведение системы предсказуемо и даже управляемо при наличии необходимых средств

управления. На завершающей стадии эволюции в точке бифуркации преобладает случайность. Точку бифуркации можно образно сравнить с перекрест­ком, где, как в сказке, выбор пути означает и выбор судьбы.

Особую роль в самоорганизации на завершающей стадии эволюции играет случайность. Именно случай­ность определяет возможность перехода системы в более упорядоченное состояние. Можно привести множество примеров, когда случайные переходы хотя в принципе возможны, т. е. вероятность их не равна нулю, но настолько мала, что их достижение можно считать практически не реализуемым. Например, ве­роятность процесса сборки часов из случайно разбро­санных деталей отлична от нуля, однако трудно пред­ставить, что из деталей без вмешательства человека случайно образуется упорядоченная структура — часы. В этой связи полезно помнить, что концепция са­моорганизации и синергетический подход, как и мно­гие другие концепции, идеи и даже фундаментальные законы, имеют вполне определенную область приме­нения. Судя по возрастающему потоку публикаций, можно заключить, что идеи самоорганизации и синер­гетики пытаются внедрить в различные отрасли науки и распространить их на многие объекты — от Вселен­ной до общества и человека — без учета их специфи­ки и особенностей. Конечно же, такая тенденция не может не привести к поспешным и неверным резуль­татам, что, естественно, сдерживает процесс поступа­тельного развития естествознания и науки в целом.